Circuitos regulatorios mediados por galectina‐12 en la interacción entre el tejido adiposo y programas de vascularización

Maller, Sebastián Matías

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Circuitos regulatorios mediados por galectina‐12 en la interacción entre el tejido adiposo y programas de vascularización
Título alternativo:	Regulatory circuits mediated by galectin-12 in the interaction between adipose tissue and vascularization programs
Autor:	Maller, Sebastián Matías
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Fundación del Instituto de Biología y Medicina Experimental - CONICET. Instituto de Biología y Medicina Experimental (IBYME)
Publicación en la Web:	2022-03-29
Fecha de defensa:	2020-04-01
Fecha en portada:	2019
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica
Director:	Rabinovich, Gabriel Adrián
Director Asistente:	Sundblad, Victoria
Consejero:	Cánepa, Eduardo Tomás
Jurado:	Sabatté, Juan A.; Schattner, Mirta Ana; Irusta, Griselda
Idioma:	Español
Palabras clave:	GALECTINA-12; GLICOSILACION; OBESIDAD; HOMEOSTASIS ADIPOSA; ENFERMEDADES INFLAMATORIAS; SINDROME METABOLICOGALECTIN-12; GLYCOSYLATION; OBESITY; ADIPOSE TISSUE HOMEOSTASIS; INFLAMMATORY DISEASES; METABOLIC SYNDROME
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6766_Maller
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6766_Maller.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6766_Maller
Ubicación:	Dep.QUI 006766
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Maller, Sebastián Matías. (2019). Circuitos regulatorios mediados por galectina‐12 en la interacción entre el tejido adiposo y programas de vascularización. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6766_Maller

Resumen:

La obesidad es una enfermedad de alta relevancia en salud pública, particularmente en el mundo occidental. Es definida como una condición patológica en la cual se acumula grasa de modo anormal o en exceso en el tejido adiposo (TA), producto de una desregulación metabólica e inflamatoria, promoviendo un deterioro progresivo de la salud del individuo. Esta patología es considerada factor de riesgo mayoritario para el desarrollo de enfermedades tales como diabetes, desórdenes músculo-esqueléticos, enfermedades cardiovasculares y algunos tipos de cáncer. El TA es un órgano inmunoendócrino involucrado en la regulación del metabolismo de energía y de la respuesta inflamatoria, a través de mecanismos que incluyen la secreción de adipoquinas, hormonas y citoquinas. Entre las poblaciones celulares que constituyen el TA, los más representativos son los adipocitos, células especializadas en el almacenamiento de lípidos neutros en el interior de gotas de lípidos (GL), organelas celulares conformadas por una monocapa de fosfolípidos y proteínas. A lo largo de la vida adulta, el TA se halla constantemente sometido a procesos de remodelación, de expansión y reducción, lo cual requiere cambios concomitantes en la microvasculatura adyacente. Sin embargo, a pesar de un gran número de estudios realizados en esta dirección, los mediadores que vinculan el tejido adiposo con programas vasculares e inflamatorios es aún un terreno fértil para explorar. Las lectinas, moléculas encargadas de decodificar la información biológica encriptada en glicanos, participan en un amplio espectro de eventos biológicos como inflamación, diferenciación celular y angiogénesis. Entre las tres familias de lectinas más conocidas, las galectinas son proteínas solubles y, a diferencia de las siglecs o lectinas de tipo C, no se encuentran como receptores de membrana plasmática. De acuerdo a su estructura, las galectinas se clasifican en tres subfamilias: prototipo, quimera y de repeticiones en tándem. La mayoría poseen dominios de reconocimiento de carbohidratos (DRC) con alta afinidad por residuos N-acetilactosamina (LacNAc) y diferentes derivados de este disacárido. Galectina-12 (Gal-12) es un miembro de la subfamilia repeticiones en tándem (tandem-repeat), y a diferencia de otras galectinas de distribución ubicua, presenta un patrón de expresión preferencialmente restringido al TA. Estudios previos sugieren un papel importante de Gal-12 en la activación de macrófagos, como así también en el metabolismo lipídico y en la sensibilidad a insulina. En este contexto, Gal-12 surge como un posible mediador clave en el diálogo entre el tejido adiposo y la respuesta inflamatoria. Debido a ello, en el presente trabajo se propone que Gal-12 actuaría como nexo entre la expansión del TA y la generación de programas vasculares e inflamatorios. En primer lugar, se estudió esta proteína a nivel bioquímico y se buscó identificar sus posibles ligandos. Para ello, luego de su expresión recombinante y purificación, se desarrollaron ensayos de competencia y afinidad, a partir de los cuales se encontró una marcada afinidad de esta lectina por glicanos 3-fucosilados. Modelos computacionales generados por homología de cada uno de sus DRCs permitieron comprender e interpretar los determinantes atomísticos que favorecían esta predilección. En ensayos in vitro de adipocitos diferenciados a partir de células 3T3-L1, se observó la presencia de Gal-12 en GL y un aumento de la expresión de esta lectina en respuesta a hipoxia. A su vez, Gal-12 recombinante indujo un aumento en la migración y en la formación de túbulos en células endoteliales humanas (HUVEC), ambos procesos inhibidos por la presencia de ligandos oligosacarídicos 3-fucosilados. Asimismo, en condiciones de hipoxia, las HUVEC presentaron un aumento de un glicofenotipo permisivo para la unión de Gal-12. In vivo, el TA de ratones deficientes en Gal-12 (Lgals12-/- o Gal12KO) reveló menor área vascular total, menor densidad microvascular, vasos más delgados y con menor ramificación en comparación con sus contrapartes de genotipo salvaje (WT). Estos resultados sugieren que Gal-12 contribuye no solo a la formación de vasos sanguíneos sino también a la remodelación de los mismos; y aquellas interacciones reguladas por hipoxia entre Gal-12 y sus ligandos fucosilados pueden influir en la vascularización del TA. Por otra parte, con el fin de evaluar el impacto de Gal-12 sobre el efecto de la dieta de alto contenido graso (DAG) en la homeostasis del TA desafiamos ratones Gal12KO y WT a DAG o dieta normal (DN). Siguiendo diariamente el peso de los ratones observamos un marcado aumento de peso en los ratones WT respecto de los Gal12KO sometidos a DAG. Además, los ratones Gal12KO presentaron una mejor tolerancia a la depuración de glucosa en comparación a los WT, sugiriendo que Gal-12 podría estar involucrada en el desarrollo del síndrome metabólico. Actualmente nos encontramos explorando la relevancia de Gal-12 en el desarrollo de procesos inflamatorios y autoinmunes. Hemos observado que ratones Gal12KO presentan menores manifestaciones clínicas de encefalomielitis autoinmune experimental (EAE) respecto de ratones WT, y en cuanto a los modelos de colitis inducida por el hapteno TNBS, los ratones deficientes en Gal-12 requieren de una sensibilización previa para iniciar los procesos inflamatorios que conlleva a la pérdida de peso corporal. El presente trabajo demuestra que Gal-12 es un mediador clave del tejido adiposo capaz de modular programas vasculares e inflamatorios, revelando una función extracelular novedosa para esta lectina, y sugiriendo su participación en el metabolismo de glucosa en condiciones de sobrecarga de ingesta lipídica.

Abstract:

Obesity has emerged as an important problem for public health, particularly in the western world. It is defined as a condition where fat accumulates abnormally or excessively in adipose tissue (AT), as a result of metabolic or inflammatory process, contributing to progressive deterioration of human health. This pathology is considered a major risk factor for the development of diseases such as diabetes, skeletal muscle disorders, cardiovascular diseases, and some types of cancer. AT is an immunoendocrine organ involved in the regulation of energy metabolism and inflammatory response, through mechanisms that include the secretion of adipokines, hormones and cytokines. Among the cell populations that constitute AT, the most representative are adipocytes, cells specialized in the storage of neutral lipids inside lipid drops, cellular organelles formed by a monolayer of phospholipids and proteins. Throughout adulthood, AT is constantly undergoing remodeling processes, characterized by repeated expansions and reductions processes, which requires concomitant changes in the microvasculature. However, in spite of considerable progress, little is known about key mediators that link AT growth, vascular signaling programs and inflammation. In this regard, lectins, have emerged as major regulators of inflammation, cell differentiation and angiogenesis responsible of deciphering the biological information encrypted in the the glycome (the repertoire of glycans expressed on the surface of individual cells). Galectins, a soluble family of glycan-binding proteins, are characterized by the presence of at least one carbohydrate recognition domain (CRD). According to their structure, they are classified into prototype galectins, chimera-type galectins and tandem-repeat galectins with two CRDs in tandem connected by a linker peptide. Most galectins display affinity for N-acetylactosamine (LacNAc) residues and different derivatives of this disaccharide. Galectin-12 (Gal-12) is a member of tandem repeat subfamily, and unlike other ubiquitously distributed galectins, Gal-12 has a preferential expression pattern mostly restricted to TA. Previous studies suggest an important role of this lectin in the activation of macrophages, as well as in lipid metabolism and insulin sensitivity. In this context, Gal-12 emerges as a possible key mediator in the dialogue between adipose tissue, vascular programs and inflammatory responses. In the present work we investigated whether Gal-12 might act as a link between AT expansion, vascularization and inflammation. First, this protein was studied at the biochemical level and analyzed for glycan specificity. Following its recombinant expression and purification we developed competence and affinity tests, which revealed fine specificity for 3-fucosylated glycans. Computational modeling generated by homology of each of its CRDs allowed us to understand and interpret the atomistic determinants that favored this glycan-binding preference. Differentiated 3T3-L1 adipocytes showed the presence of Gal-12 mainly in lipid droplets, and its expression was markedly up-regulated in response to hypoxia. In in vitro assays, recombinant Gal-12 induced migration and tube formation in HUVEC, an effect that was inhibited by the presence of specific 3-fucosylated ligands. Similarly, under hypoxic conditions, HUVEC showed a highly permissive glycophenotype, required for Gal-12 binding and angiogenesis. In vivo, AT isolated from mice lacking Gal-12 (Lgals12-/- or Gal12KO) revealed reduced total vascular area, lower microvascular density, thinner vessels and less branching compared to their wild-type (WT) counterpart. These results suggested that Gal-12 contributes not only to AT vascularization but also to vessel remodeling; and hypoxia-regulated interactions between Gal-12 and its fucosylated ligands can influence AT vascularization. On the other hand, in order to evaluate the relevance of Gal-12 in the effects of high-fat diet (HFD) on AT homeostasis, we challenged Gal12KO and WT mice with HFD or normal diet (ND). A daily follow-up revealed a marked increase in body weight of WT compared to Gal12KO mice subjected to HFD. In addition, Gal12KO mice exhibit greater tolerance to glucose clearance compared to WT, suggesting that Gal-12 could be involved in development of metabolic syndrome. The impact of Gal-12 on the development of inflammatory and autoimmune processes is currently being explored. In preliminary studies, Gal12KO mice with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) showed lower clinical severity compared to WT mice. Moreover, in models of TNBS-induced colitis, Gal12KO mice required a primary sensitization to initiate the intestinal inflammatory process and body weight loss. Collectively, the present work reveals novel biochemical and functional properties of Gal-12, highlighting its major role in vascularization within AT. In addition, these studies suggest involvement of this endogenous lectin in inflammation and glucose metabolism under conditions of increased lipid intake.

Citación:

---------- APA ----------

Maller, Sebastián Matías. (2019). Circuitos regulatorios mediados por galectina‐12 en la interacción entre el tejido adiposo y programas de vascularización. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6766_Maller

---------- CHICAGO ----------

Maller, Sebastián Matías. "Circuitos regulatorios mediados por galectina‐12 en la interacción entre el tejido adiposo y programas de vascularización". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2019.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6766_Maller

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